二、闪蒸石墨烯结构形态
拉曼光谱发现可从多种塑料中获得高质量的涡轮层闪蒸石墨烯,较高的IG/ID峰比值表示较低的无序度和较高的石墨烯质量。图2(d)通过一个内部内置红外(IR)光谱仪给出了交流电快速焦耳热的温度分布过程采集,数据与黑体辐射曲线拟合。事实证明,快速焦耳热可有效地将塑料废弃物转化为闪蒸石墨烯,该工艺成为代替其他回收/再利用工艺所需的劳动密集型分拣步骤的理想选择。
图2(a,b)闪蒸石墨烯的特征拉曼光谱(c)从PVC中观察到的闪蒸石墨烯拉曼光谱
(d)使用红外光谱仪和黑体辐射配件收集的焦耳热工艺温度曲线
从不同的塑料废弃物中获得的石墨烯的XRD谱图在26.1(002)和45°(001)处出现两个峰,(002)峰的尾部延伸到低的2θ,这是由于涡轮层之间的旋转混乱所致,同时得到的石墨烯具有较高的热稳定性,且XPS结果中没有检测到杂原子的存在,表明快速焦耳热方法对于处理原本难以重用的塑料废弃物是有效的。得到的石墨烯平均尺寸为16nm(图4b),包括四个堆叠的涡轮层,TEM图像表明层层之间的间隔为3.45Å,图4c为交流直流电闪蒸石墨烯的形态,其平均尺寸为27nm(图4d),比交流电闪蒸石墨烯尺寸大,表明采用交流直流电后,会促进石墨烯横向尺寸的生长。TEM图像的层间距离与XRD和拉曼数据一致,支持闪蒸石墨烯涡轮层形态的结论。
图3(a)源于废弃HDPE的石墨烯的XRD(b)TGA和(c)XPS(d)高分辨率C1sXPS光谱
图4(a)源于HDPE的交流电石墨烯的TEM图像和(b)颗粒数(n=100)
(c)源于HDPE的交流直流电石墨烯的TEM图像和(d)颗粒计数(n=100)